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Dokumentenidentifikation DE4427337A1 08.02.1996
Titel Einphasen-Synchronmotor
Anmelder Ako-Werke GmbH & Co KG, 88239 Wangen, DE
Erfinder Siebachmeyer, Fritz, 88099 Neukirch, DE;
Kastner, Hans, 88239 Wangen, DE;
Illerhaus, Edmund, 88339 Bad Waldsee, DE;
Schmid, Bertram, 88279 Amtzell, DE
Vertreter Gaiser, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 90489 Nürnberg
DE-Anmeldedatum 02.08.1994
DE-Aktenzeichen 4427337
Offenlegungstag 08.02.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.02.1996
IPC-Hauptklasse H02K 21/02
IPC-Nebenklasse H02P 1/46   G05B 19/06   H01H 43/10   
Zusammenfassung Ein Einphasen-Synchronmotor, beispielsweise zum Antrieb eines Programmschaltwerks einer Haushaltsmaschine, weist in einem Gehäuse (1) eine Statorspule (2) und dieser zugeordnete gehäusefeste Polzähne (3, 5) sowie einen permanentmagnetischen Rotor (6) mit mehreren Polpaaren (8) auf. Um den Rotor (6) ohne externe elektrische Ansteuerung in eine definierte Startstellung zu bringen, aus der heraus ein definierter Rechtslauf oder Linkslauf möglich ist, ist im Bereich des Rotors (6) ein Permanentmagnet (9) gehäusefest angeordnet. Bei unerregter Statorspule (2) zieht der Permanentmagnet (9) mit wenigstens seinem einen Pol (N) jeweils den gleichen ungleichnamigen Pol (S) wenigstens eines Polpaares (8) des Rotors (6) an. Eine Steuerschaltung (10) erregt zum Anlauf des Rotors (6) in der gewünschten Drehrichtung (R, L) die Statorspule (2) beginnend mit einer positiven oder negativen Starthalbwelle.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Einphasen-Synchronmotor, beispielsweise zum Antrieb eines Programmschaltwerks einer Haushaltsmaschine, der in einem Gehäuse eine Statorspule und dieser zugeordnete, gehäusefeste Polzähne sowie einen permanentmagnetischen Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist, wobei die Statorspule mittels einer Steuerschaltung erregbar und entregbar ist.

Einphasen-Synchronmotore laufen bauartbedingt an sich in einer unbestimmten Drehrichtung an. Um die Drehrichtung festzulegen, ist es bekannt, eine Rücklaufsperre vorzusehen (vgl. DE 39 20 009 A1). Ist die Drehrichtung durch die Rücklaufsperre festgelegt, dann kann die potentiell mögliche andere Drehrichtung nicht mehr ausgenutzt werden.

Bei näherer Betrachtung zeigt sich, daß beim Einphasen-Synchronmotor die Drehrichtung des Rotors dadurch bestimmt ist

  • a) welche relative Stellung der Rotor und der Stator zum Startzeitpunkt haben und
  • b) welche Polarität der Erregerstrom in seiner Starthalbwelle hat.


Sind diese beiden Kriterien bestimmt, dann ist es möglich, den Motor wahlweise rechts- oder linkslaufend einzuschalten.

In der EP 561 425 A1 ist angegeben, daß der Motor durch einen Gleichspannungsimpuls in eine definierte Ruhestellung gebracht werden kann. In der EP 363 264 A1 ist angegeben, daß bei einem Stoppbefehl das Vorzeichen der Flankenneigung der dann jeweils vorliegenden Wechselspannungshalbwelle gespeichert wird. In beiden Fällen sind externe Schaltkreise nötig, um die Ruhestellung zu erkennen bzw. einzustellen.

In der Literaturstelle "Elektrische Kleinmotoren", Helmut Moczala, Expert-Verlag sind Einphasen-Synchronmotore beschrieben. Zur Drehrichtungsumkehr ist ein Wechselschalter (vgl. S. 100) vorgeschlagen. Mit Lichtschranken als Stellungssensoren kann die Stellung des Rotors erkannt werden (vgl. S. 205). Zur Stellungserkennung sind auch Hallgeneratoren vorgeschlagen (vgl. S. 218).

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Synchronmotor der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der ohne externe elektrische Ansteuerung in eine definierte Startstellung zu bringen ist, aus der heraus ein definierter Anlauf rechtsdrehend oder linksdrehend möglich ist.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Synchronmotor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im Bereich wenigstens eines Poles des Rotors ein Permanentmagnet gehäusefest angeordnet ist, wobei bei unerregter Statorspule der Permanentmagnet mit wenigstens seinem einen Pol jeweils den gleichen ungleichnamigen Pol wenigstens eines Polpaares des Rotors anzieht, und daß die Steuerschaltung zum Anlauf des Rotors in der gewünschten Drehrichtung die Statorspule mit einer positiven oder negativen Starthalbwelle erregt.

Durch den gehäusefesten Permanentmagnet ist erreicht, daß der Rotor beim Abschalten immer in eine bestimmte Stellung geht, weil der Permanentmagnet je nach seiner Polung immer entweder einen Südpol oder einen Nordpol des Rotors anzieht. Es ist also ohne externe Steuerschaltung eine bestimmte Ausgangsstellung des Rotors erreicht. Die Motordrehrichtung beim folgenden Einschalten hängt nur noch davon ab, ob die Steuerschaltung die Statorspule mit einer positiven oder negativen Starthalbwelle erregt. Die Steuerschaltung muß lediglich entsprechend der gewünschten Drehrichtung die Statorspule mit einer positiven oder negativen Starthalbwelle erregen. Die Steuerschaltung ist damit einfach aufbaubar.

Durch den Permanentmagneten ergibt sich eine Herabsetzung des Wirkungsgrades. Dies ist jedoch nicht gravierend, weil der Rotor mehrere Polpaare aufweist, so daß der Permanentmagnet den Rotor nur im Bereich eines Polpaares, also nur über eine kurze Strecke, nämlich maximal vom einen Pol eines Polpaars zum anderen Pol dieses Polpaars, bewegen muß. Es kann also ein Permanentmagnet mit geringer magnetischer Kraft gewählt werden. Ein solcher läßt sich auch baulich einfach in dem Motorgehäuse anordnen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Motor zu jedem beliebigen Zeitpunkt abgeschaltet werden kann. Es ist also nicht notwendig, den Abschaltzeitpunkt vom Verlauf der Wechselspannung (positive oder negative Halbwellen oder deren Flanken) abhängig zu machen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Einphasen-Synchronmotor auseinandergezogen, im Längsschnitt und

Fig. 2 eine schematische Aufsicht des Synchronmotors.

In einem Statorgehäuse (1) ist eine Statorspule (2) angeordnet. Das Statorgehäuse (1) trägt Gehäusezähne (3) als Polzähne. An einem Gehäusedeckel (4) sind Deckelzähne (5) als weitere Polzähne angeordnet. Diese greifen im zusammengebauten Zustand zwischen die Gehäusezähne (3) (vgl. Fig. 2). Insgesamt sind im Beispielsfalle zwölf Polzähne (3, 5) vorgesehen.

Die Polzähne (3, 5) stehen um einen Rotor (6), dessen Achse am Statorgehäuse (1) bzw. am Gehäusedeckel (4) drehbar gelagert ist. Der Rotor (6) trägt mehrere, im Beispielsfalle sechs, Polpaare (8), wobei jedes Polpaar (8) einen permanentmagnetischen Nordpol (N) und einen Südpol (S) aufweist.

Zwischen einem Gehäusezahn (3) und einem Deckelzahn (5) ist im Statorgehäuse (1) ein Permanentmagnet (9) befestigt. Dieser steht wie die Polzähne (3, 5) dem Umfang des Rotors (6), also jeweils einem Polpaar (8) nahe. Der Permanentmagnet (9) ist so ausgerichtet, daß der Feldlinienverlauf in seinem Innern im wesentlichen radial zur Achse (7) des Rotors (6) steht. Im Beispielsfall ist der Nordpol (N) des Permanentmagneten (9) dem Rotor (6) zugewandt. Dementsprechend steht in der in Fig. 2 gezeigten Ruhestellung der Südpol (S) eines der Polpaare (8) dem Permanentmagnet (9) gegenüber.

Die Statorspule (2) ist an einer Steuerschaltung (10) angeschlossen, über die die Statorspule (2) an das einphasige Wechselstromnetz anschaltbar ist. Die Steuerschaltung (10) ist so ausgelegt, daß sie von einem Sollwertgeber (11) für die gewünschte Drehrichtung des Rotors (6) so einschaltbar ist, daß die durchgeschaltete Netzwechselspannung entweder mit einer positiven Netzhalbwelle (a) oder einer negativen Netzhalbwelle (b) beginnt.

Die Funktionsweise des beschriebenen Motors ist im wesentliche folgende:

Ist die Statorspule (2) unerregt, der Synchronmotor also abgeschaltet ist, dann stellt sich der Rotor (6) im Beispielsfall immer so ein, daß der Nordpol (N) des Permanentmagneten (9) einen Südpol (S) des jeweils ihm nächststehenden Polpaares (8) anzieht. Damit ist hinsichtlich der Polpaare (8) eine bestimmte Ruhestellung (vgl. Fig. 2) des Rotors (6) erreicht. Stünde der Südpol des Permanentmagneten (9) dem Rotor (6) gegenüber, dann würde entsprechend immer ein Nordpol des nächststehenden Polpaares (8) angezogen. Der Rotor (6) ist also magnetisch gerastet.

Der Rotor (6) ist beispielsweise zum Antrieb eines Programmschaltwerks einer Haushaltsmaschine, wie Waschmaschine, Trockner oder Spülmaschine vorgesehen. Da in einem solchen Programmschaltwerk ohnehin Spiel besteht, ist die magnetische Rastung ohne großes Drehmoment leicht erreichbar. Da viele, im Beispielsfalle sechs, Polpaare (8) vorgesehen sind, muß der Permanentmagnet (9) den Rotor (6) beim Abschalten nur um einen kleinen Winkel, im Beispielsfall höchstens 30°, bis zum Erreichen der Ruhestellung weiterdrehen.

Zum Wiedereinschalten des Rotors (6) wird die Statorspule (2) erregt. Ist die Starthalbwelle des Spulenerregerstroms (a) positiv, dann werden alle Deckelzähne (5) zu Nordpolen und alle Gehäusezähne (3) werden zu Südpolen. Es ergibt sich dadurch eine Rotordrehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn (L). Da die Wirkung des Permanentmagneten (9) schwach im Vergleich zur Antriebswirkung der Statorspule (2) ist, behindert der Permanentmagnet (9) die Rotation des Rotors (6) nicht wesentlich.

Wird die Statorspule (2) mit negativer Stromhalbwelle (b) gestartet, dann werden alle Deckelzähne (5) zu Südpolen und alle Gehäusezähne (3) werden zu Nordpolen. Der Rotor (6) dreht nun im Uhrzeigersinn (R).

Neben dem beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiel sind auch andere Ausführungen möglich. Im Bedarfsfall lassen sich zwei oder mehrere Permanentmagnete (9) vorsehen. Es ist auch möglich, den Permanentmagnet oder die Permanentmagnete (9) am Statordeckel (2) oder am Boden des Statorgehäuses (1) axial oberhalb bzw. unterhalb der Polpaare (8) anzuordnen. In diesem Fall kann der Permanentmagnet (9) so angeordnet sein, daß sein Nordpol auf den Südpol eines Polpaares (8) und gleichzeitig sein Südpol auf einen Nordpol des Polpaares (8) wirkt. Der Feldlinienverlauf des Permanentmagneten (9) steht dann nicht radial zur Achse (7) des Rotors (6) sondern etwa tangential zum Rotor (6).


Anspruch[de]
  1. 1. Einphasen-Synchronmotor, beispielsweise zum Antrieb eines Programmschaltwerks einer Haushaltsmaschine, der in einem Gehäuse eine Statorspule und dieser zugeordnete, gehäusefeste Polzähne sowie einen permanentmagnetischen Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist, wobei die Statorspule mit einer Steuerschaltung erregbar und entregbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich wenigstens eines Poles des Rotors (6) ein Permanentmagnet (9) gehäusefest angeordnet ist, wobei bei unerregter Statorspule (2) der Permanentmagnet (9) mit wenigstens seinem einen Pol ( N) jeweils den gleichen ungleichnamigen Pol (S) wenigstens eines Polpaares (8) des Rotors (6) anzieht, und daß die Steuerschaltung (10) zum Anlauf des Rotors (6) in der gewünschten Drehrichtung (L, R) die Statorspule (2) mit einer positiven oder negativen Starthalbwelle (a, b) erregt.
  2. 2. Einphasen-Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (9) zwischen zwei der Polzähne (3, 5) angeordnet ist.
  3. 3. Einphasen-Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (9) so ausgerichtet ist, daß der Feldlinienverlauf in seinem Innern radial zur Achse (7) des Rotors (6) steht.
  4. 4. Einphasen-Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment, das der Permanentmagnet (9) beim Abschalten der Statorspule (2) auf den Rotor (6) ausübt, wesentlich kleiner ist als dasjenige Drehmoment, das die Statorspule (2) über die Polzähne (3, 5) auf die Polpaare (8) des Rotors (6) ausübt.






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